DE102009008139A1 - Locking ring bolt e.g. standard locking ring bolt, for use during processing of body components of automobile, has bolt shaft provided as area, which possess different rigidity characteristics with respect to functional area - Google Patents

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Abstract

The bolt (1) has a shearing area (3) provided below a bolt head (2). A bolt shaft (4) is provided with a locking ring (5) and a reference breaking point (6), where the bolt is made of steel with average carbon content. The bolt shaft is attached at the shearing area. A functional area encompasses the shearing area on one side, and the shaft is provided as an area, which possess different rigidity characteristics with respect to the functional area. The functional area is designed as a partial inductive hardened area. The head is designed as a flat round head, countersunk head or large head. An independent claim is also included for a method for manufacturing a locking ring bolt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schließringbolzen mit einem Bolzenkopf, einem unterhalb des Bolzenkopfes gelegenen Scherbereich und einem sich daran anschließenden, mit Schließrillen sowie insbesondere mit einer Sollbruchstelle versehenen Bolzenschaft.The The invention relates to a locking bolt with a bolt head, a shear area located below the bolt head and an adjoining, with closing grooves and in particular provided with a predetermined breaking point bolt shank.

Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Schließringbolzens.Of Furthermore, the invention relates to a method for the production a locking ring bolt.

Schließringbolzen sind Verbinder für anspruchsvolle Verbindungen mit hohen Belastungen. Diese bestehen in der Regel aus einem zweiteiligen System, das einen Schließringbolzen und einen Schließring umfasst, die eine hochfeste vibrationsresistente Verbindung mit konstant hoher Spannkraft bei schneller Verarbeitung darbie ten. Die Verarbeitung erfolgt durch Einformung des Schließringes in die Schließrillen des Bolzenschaftes.Lockbolt are connectors for demanding connections with high Charges. These usually consist of a two-part system, the one locking ring bolt and a locking ring Includes a high strength vibration resistant connection with consistently high clamping force during rapid processing. The processing takes place by molding the locking ring in the locking grooves of the bolt shank.

Schließringbolzen der eingangs genannten Art werden vielfach z. B. bei der Verarbeitung von Karosseriebauteilen von Automobilen verwendet. Aufgrund höherer Crashanforderungen z. B. im Bereich einer Seitenstruktur einer Karosserie kommt es jedoch zu sehr hohen Scherbelastungen bei Schließringbolzenverbindungen. Das führt bei herkömmlichen Schließringbolzen zu Ausfällen. Dem kann bislang nur dadurch begegnet werden, dass Schließringbolzen in größerer Dimensionierung zur Verfügung zu stellen sind, was jedoch mit einem erhöhten Gewicht einhergeht. Dem treten insbesondere im Automobilbau die Forderungen nach einer Gewichtsreduzierung einer Gesamtkarosse entgegen.Lockbolt The type mentioned are often z. B. in processing used by body components of automobiles. Due to higher Crash requirements z. B. in the range of a side structure of a body However, it comes to very high shear loads in lockbolts. This leads to conventional lockbolts to failures. So far, this can only be countered by that lockbolts in larger dimensions are available, but with an increased weight accompanied. Demands occur especially in the automotive industry contrary to a weight reduction of an overall body.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schließringbolzen der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass bei möglichst geringem Gewicht eine höhere Scherbeanspruchung ausgehalten werden kann.It Object of the present invention, a locking bolt of the type mentioned in such a way that if possible low weight endured a higher shear stress can be.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich der Schließringbolzen der eingangs genannten Art dadurch aus, dass ein den Scherbereich umfassender Funktionsbereich A einerseits und der mit den Schließrillen versehene Bolzenschaft als Bereich B andererseits mit unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften ausgebildet sind.to The solution to this problem is the locking ring bolt of the type mentioned above characterized in that a shear area comprehensive functional area A on the one hand and with the closing grooves provided bolt shank as area B on the other hand with different Strength properties are formed.

Damit ist ein Schließringbolzen zur Verfügung gestellt, bei dem der den Scherbereich umfassende Funktionsbereich A mit wesentlich höheren Festigkeitswerten zu gestalten ist, ohne dass Werkzeuggeometrien zur Herstellung der Schließringbolzen und Setzwerkzeugbedingungen für bestimmte Bereiche des Schließringbolzens zu ändern sind.In order to a locking ring bolt is provided, in which the shear area comprehensive functional area A with essential higher strength values without tool geometries for producing the locking ring bolts and setting tool conditions for certain areas of the lock ring bolt to change.

Bei dem Schließringbolzen kann es sich um einen Standardschließringbolzen, aber auch um einen Stufenschließringbolzen handeln, der mehrere Funktionsbereiche mit erhöhten, aber unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften aufweist. In der Regel weist der Schließringbolzen jedoch zwei Bereiche unterschiedlicher Festigkeiten auf, wobei der Grundwerkstoff der gleiche ist und die unterschiedlichen Festigkeitswerte der beiden Bereiche gezielt durch unterschiedliche Wärmebehandlungen eingestellt worden sind.at the locking ring bolt may be a standard locking ring bolt, but also act around a stepped closure bolt which several functional areas with elevated but different Having strength properties. As a rule, the lockring bolt points However, two areas of different strengths on, with the Base material is the same and the different strength values of the two areas targeted by different heat treatments have been adjusted.

In der Regel erfährt der Kopfbereich und der Scherbereich des Schließringbolzens eine Wärmebehandlung, die deutlich höheren Bruchspannungen, z. B. Scherbruchlasten in diesem Funktionsbereich ertragen lässt. Im Bereich der Schließrillen und des Abrissteiles unterhalb der Sollbruchstelle besitzt der Schließringbolzen hingegen eine geringere Festigkeit, um die Setz- und Abrisskräfte gering zu halten. Im Bereich der Schließrillen ist die Kerbwirkung gegenüber dem Funktionsbereich reduziert, so dass bei einer Kopfzugbelastung (axiale Belastung) eine höhere Dauerfestigkeit erreicht ist. Der Funktionsbereich A ist dabei als partiell induktiv gehärteter Bereich auszubilden. Der Schließringbolzen besteht bevorzugterweise aus einem bohrlegierten Stahl und hat einen mittleren Kohlenstoffgehalt.In usually the head area and the shear area learns of the lock ring bolt a heat treatment, the significantly higher breaking stresses, z. B. shear fracture loads endure in this functional area. Around Closing grooves and the tear-off part below the predetermined breaking point However, the lock bolt has a lower strength, to keep the setting and demolition forces low. In the area the closing grooves is opposite to the notch effect reduced to the functional area, so that at a Kopfzugbelastung (axial load) achieved a higher fatigue strength is. The functional area A is hardened as partially inductively To train area. The locking ring bolt is preferably Made of a mild steel and has a medium carbon content.

Weitere Ausgestaltungen des Schließringbolzens sind den Ansprüchen 2 bis 8 zu entnehmen.Further Embodiments of the lock ring bolt are the claims To take 2 to 8.

Ein Schließringbolzen mit den unterschiedlichen Festigkeitseigenschaftsbereichen kann in vorteilhafter Weise dadurch hergestellt werden, indem die Schließringbolzen einzeln mittels eines Ringinduktors durch induktive Erwärmung auf Temperaturen oberhalb der AC3-Linie im Kohlenstoffdiagramm komplett über den gesamten Querschnitt auf ca. 800 bis 900°C erwärmt werden. Danach wird der so erwärmte Funktionsbereich durch geeignete Abschreckemulsionen und/oder durch eine Schutzgasbeströmung schnell auf Temperaturen unterhalb der Martensitstarttemperatur des Werkstoffes abgekühlt. Die Endfestigkeit stellt sich nach dem Abkühlprozess ein. So können für übliche Schließringbolzen Endfestigkeitswerte von 400 bis 650 HV1 in dem Funktionsbereich erreicht werden.A locking ring bolt with the different strength property ranges can be advantageously prepared by the locking ring bolts are heated individually by means of a ring inductor by inductive heating to temperatures above the AC 3 line in the carbon diagram over the entire cross section to about 800 to 900 ° C. Thereafter, the functional area heated in this way is rapidly cooled to temperatures below the martensite starting temperature of the material by suitable quenching emulsions and / or by a protective gas flow. The final strength occurs after the cooling process. Thus, for conventional lockbolts final strength values of 400 to 650 HV1 can be achieved in the functional area.

Um den Funktionsbereich während der Erwärmung lokal vor einer Verzunderung zu schützen, kann durch eine prozeßbegleitende lokale Anströmung mit nicht aktiven Gasen, z. B. inerten Gasen wir Argon oder Stickstoff, der Funktionsbereich A behandelt werden, um die Verdrängung des Luftsauerstoffes aus der Umgebungsluft zu bewirken.Around the functional area during heating locally Protecting against scaling can be achieved through an in-process local flow with non-active gases, eg. B. inert Let's gas argon or nitrogen treating function area A. be to the displacement of atmospheric oxygen from the To cause ambient air.

Der so auf Härtetemperatur erwärmte Funktionsbereich A wird unmittelbar nach dieser Erwärmung so abgeschreckt, dass in diesem Funktionsbereich A der Schließringbolzenbereich über seine Dicke ein Härtegefüge erhält, der komplett oder zu großen Teilen aus einem martensitischen Gefügebereich besteht.The heated to hardening temperature functional area A is quenched immediately after this heating so that in this Funktionsbe Rich A the lock ring bolt area receives a hardness structure over its thickness, which consists completely or in large parts of a martensitic microstructure.

Der die Schließrillen aufweisende Bereich B ist ein geringer gehärteter Bereich bzw. ein nicht gehärteter Bereich, der in einem kalt verfestigten Zustand sein kann, aber auch durch entsprechende andere Verfahren eine geringere Festigkeit hat als der deutlich härtere Funktionsbereich A. Damit kann dieser bei gleichen Geometrien höheren Scherbelastungen standhalten, was nicht zu Lasten des Gewichtes des Schließringbolzens geht.Of the the closing grooves having area B is a smaller hardened area or a non-hardened area, which can be in a cold-solidified state, but also by corresponding other method has a lower strength than the much tougher functional area A. This can this Withstanding the same geometries higher shear loads, which is not at the expense of the weight of the locking ring bolt goes.

Der Schließringbolzen selbst kann aus einem bohrlegierten Stahl bestehen. Vorzugsweise hat er eine chemische Zusammensetzung, die besteht aus 0,18 bis 0,4% C, weniger als 0,30% Sl, 0,8 bis 1,3% Mn, maximal 0,025% P, maximal 0,025% S, weniger als 0,30% Cr, maximal 0,25% Cu und 0,008% bis 0,005% B. Alternativ kann der Schließringbolzen aus einem Stahl nach DIN EN 10263 hergestellt sein, wobei der Durchmesser bevorzugtermaßen zwischen 5 mm und 26 mm liegt. Als Kopfform bieten sich die Formen Flachbodenkopf, Senkkopf und Großkopf an. Auch ohne ein entsprechendes Abrissteil kann bei zweiseitiger Zugänglichkeit der Schließringbolzen mit einem entsprechenden Spezialwerkzeug (C-Bügel) gesetzt werden.The locking ring bolt itself may consist of a drill-alloyed steel. Preferably, it has a chemical composition consisting of 0.18 to 0.4% C, less than 0.30% Sl, 0.8 to 1.3% Mn, at most 0.025% P, at most 0.025% S, less than 0.30% Cr, maximum 0.25% Cu and 0.008% to 0.005% B. Alternatively, the locking ring bolt made of a steel after DIN EN 10263 be prepared, wherein the diameter is preferably between 5 mm and 26 mm. As a head shape, the forms flat head, countersunk head and large head offer. Even without a corresponding Abrissteil can be set with two-sided accessibility of the lock bolts with a corresponding special tool (C-bracket).

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 10 bis 15, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:Further Embodiments of the invention will become apparent from the claims 10 to 15, the following description and the drawing. In the Show drawing:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schließringbolzens nach der Erfindung in einer Seitendarstellung, und 1 a first embodiment of a locking ring bolt according to the invention in a side view, and

2 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Schließringbolzens nach der Erfindung. 2 an alternative embodiment of a locking ring bolt according to the invention.

In der Zeichnung sind gleichwirkende Teile mit übereinstimmenden Bezugsziffern versehen. Allgemein mit 1 ist ein Schließringbolzen bezeichnet, der einen Bolzenkopf, einen Scherbereich 3 sowie eine Bolzenschaft 4 aufweist. Der Bolzenschaft 4 ist mit Schließrillen 5 versehen und hat eine Sollbruchstelle 6. Unterhalb der Sollbruchstelle ist ein Abrissbereich 7 vorgesehen.In the drawing, equivalent parts are provided with corresponding reference numerals. General with 1 is a lock bolt, the bolt head, a shear area 3 and a bolt shank 4 having. The bolt shaft 4 is with closing grooves 5 provided and has a predetermined breaking point 6 , Below the predetermined breaking point is a demolition area 7 intended.

Der Scherbereich 3 des Schließringbolzens 1 ist als Funktionsbereich A mit erhöhten Festigkeitseigenschaften ausgebildet. Dazu ist dieser Bereich partiell induktiv gehärtet ausgebildet.The shear area 3 of the locking ring bolt 1 is designed as a functional area A with increased strength properties. For this purpose, this area is partially inductively hardened.

Der darunter liegende Bereich B mit dem Schließring 5 sowie dem Teil der Sollbruchstelle 6 ist mit verringerten Festigkeitseigenschaften ausgebildet, und z. B. kalt verfestigt. Mit herkömmlichen Geometrieabmessungen lässt sich damit ein Schließringbolzen darstellen, der im Funktionsbereich und damit im Scherbereich 3 wesentlich bruchsicherer ausgebildet ist als herkömmliche Schließringbolzen.The underlying area B with the locking ring 5 and the part of the predetermined breaking point 6 is designed with reduced strength properties, and z. B. solidified cold. With conventional geometry dimensions, this can be used to represent a locking ring bolt, which is in the functional area and thus in the shear area 3 is designed substantially unbreakable than conventional lockbolts.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - DIN EN 10263 [0015] - DIN EN 10263 [0015]

Claims (15)

Schließringbolzen (1) mit einem Bolzenkopf (2), einem unterhalb des Bolzenkopfes (2) gelegenen Scherbereich (3) und einem sich daran anschließenden, mit Schließrillen (5) sowie insbesondere mit einer Sollbruchstelle (6) versehenen Bolzenschaft (7), dadurch gekennzeichnet, dass ein den Scherbereich (3) umfassender Funktionsbereich (A) einerseits und der mit den Schließrillen (5) versehene Bolzenschaft (7) als Bereich (B) andererseits mit unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften ausgebildet sind.Locking bolt ( 1 ) with a bolt head ( 2 ), one below the bolt head ( 2 ) shear area ( 3 ) and an adjoining, with closing grooves ( 5 ) and in particular with a predetermined breaking point ( 6 ) provided bolt shank ( 7 ), characterized in that the shear area ( 3 ) comprehensive functional area (A) on the one hand and with the closing grooves ( 5 ) provided bolt shank ( 7 ) are formed as region (B) on the other hand with different strength properties. Schließringbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich (A) mit einer größeren Festigkeit als der Bereich (B) ausgebildet und wärmebehandelt ist.Locking bolt according to claim 1, characterized in that that the functional area (A) with a larger Strength than the area (B) formed and heat treated is. Schließringbolzen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich (A) als partiell induktiv gehärteter Bereich ausgebildet ist.Locking bolt according to claim 2, characterized in that that the functional area (A) as partially inductively hardened Area is formed. Schließringbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus einem bohrlegierten Stahl mit einem mittleren Kohlenstoffgehalt besteht.Locking bolt according to one of claims 1 to 3, characterized in that it consists of a drill-alloyed Steel with a medium carbon content. Schließringbolzen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass dieser aus einem bohrlegierten Stahl in folgender chemischer Zusammensetzung besteht: 0,18 bis 0,4% C, weniger als 0,30% Sl, 0,8 bis 1,35% Mn, maximal 0,025% P, maximal 0,025% S, weniger als 0,30% Cr, maximal 0,25% Cu und 0,008% bis 0,005% B.Locking bolt according to claim 4, characterized that of a drill-steel in the following chemical Composition consists of: 0.18 to 0.4% C, less than 0.30% Sl, 0.8 to 1.35% Mn, maximum 0.025% P, maximum 0.025% S, less than 0.30% Cr, at most 0.25% Cu and 0.008% to 0.005% B. Schließringbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzenschaft (4) einen Durchmesser von 5 bis 26 mm aufweist.Locking bolt according to one of claims 1 to 5, characterized in that the bolt shank ( 4 ) has a diameter of 5 to 26 mm. Schließringbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Stufenschließringbolzen mit mehreren Funktionsbereichen unterhalb des Bolzenkopfes (2) ausgebildet ist, wobei die unterschiedlichen Funktionsbereiche unterschiedliche Festigkeitseigenschaften aufweisen.Locking bolt according to one of claims 1 to 6, characterized in that this as a Stufenschließringbolzen with multiple functional areas below the bolt head ( 2 ) is formed, wherein the different functional areas have different strength properties. Schließringbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzenkopf (2) als Flachrundkopf, als Senkkopf oder als Großkopf ausgebildet ist.Locking bolt according to one of claims 1 to 7, characterized in that the bolt head ( 2 ) is designed as a flat round head, as a countersunk head or as a large head. Verfahren zur Herstellung eines Schließringbolzens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich (A) auf eine Tempera tur oberhalb der AC3-Linie im Kohlenstoffdiagramm (ca. 800°C bis 900°C) erwärmt und unmittelbar nach der Erwärmung so abgeschreckt wird, dass in dem Funktionsbereich A im Wesentlichen ein martensitisches Gefüge vorliegt.Method for producing a locking ring bolt according to one of claims 1 to 8, characterized in that the functional area (A) is heated to a temperature above the AC 3 line in the carbon diagram (about 800 ° C to 900 ° C) and immediately after Heating is quenched so that in the functional area A is substantially a martensitic structure. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich A mittels eines Ringinduktors erwärmt wird.Method according to claim 9, characterized in that that the functional area A is heated by means of a ring inductor becomes. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich A nach der Erwärmung durch eine Emulsion und/oder eine Beströmung mit einem Schutzgas auf eine Temperatur unterhalb der werkstoffseitigen Martensitstarttemperatur abgekühlt wird.Method according to claim 9 or 10, characterized that the functional area A after heating by a Emulsion and / or an influx with a protective gas a temperature below the material side martensite start temperature is cooled. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich A während der Erwärmung mit einem inerten Gas wie z. B. Argon oder Stickstoff beströmt wird.Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that the functional area A during the heating with an inert gas such. B. argon or Nitrogen is flown. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschreckvorgang mit einem Abkühlungskoeffizienten von mindestens 28 K/s erfolgt.Method according to one of claims 9 to 12, characterized in that the quenching process with a cooling coefficient of at least 28 K / s. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich A vor der Erwärmung mit einer Beschichtung als Verzunderungsschutz versehen wird.Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the functional area A before heating provided with a coating as Verzunderungsschutz. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich B durch Kaltverfestigung oder durch einen Anlassvorgang eine geringere Festigkeit als der Funktionsbereich A erhält.Method according to one of claims 9 to 14, characterized in that the region B by strain hardening or by a starting process, a lower strength than that Function area A receives.
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